化工原理固体干燥
化工原理 固体干燥知识点
减少干燥过程的各项热损失。
采用部分废气循环操作，一般废气循环量为总气量的20%~30%。
4. 干燥器
(1) 常用干燥器：厢式干燥器、喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器等
(2) 几种干燥器的特点
①喷雾干燥器：干燥速率快，干燥时间短(仅5~30s)，特别适用于热敏性物料的干燥；能处理低浓度溶液，且可由料液直接得到干燥产品。
②气流干燥器：颗粒在管内的停留时间很短，一般仅2s左右。
在加料口以上1m左右，物料被加速，气固相对速度最大，给热系数和干燥速率也最大，是整个干燥管最有效的部分。
③流化床干燥器：气速较气流干燥器低，停留时间长(停留时间可由出料口控制)。
固体物料的干燥PPT(化工原理)
03 干燥过程分析
干燥过程的物理变化
01
02
03
去除水分
通过蒸发或升华的方式， 将固体物料中的水分去除， 使其达到所需的干燥程度。
形态变化
随着水分的去除，固体物 料的形态会发生变化，如 从湿润状态变为干燥状态。
在真空环境中，利用低温或高温使物 料中的水分蒸发，适用于易氧化、易 分解或热敏性物料的干燥。
06
其他干燥方法
如微波干燥、冷冻干燥等。
干燥的物理化学基础
湿分的概念
湿分是指物料中所含的水分或其他溶剂，是影响干燥过程的重要因素。湿分的性质、含量和状态对干燥速率、产品质 量和能耗等都有重要影响。
湿分蒸发的原理
通过干燥可以去除物料 中的水分或其他溶剂， 获得一定组成的干制品 。
干燥后的物料体积缩小 ，重量减轻，便于运输 和贮存。
干燥可以改善物料的外 形、色泽和口感，提高 产品质量。
在许多加工过程中，如 造纸、纺织、陶瓷等， 干燥是必不可少的工艺 环节。
干燥的原理和分类
干燥原理
干燥是利用热能将物料中水分或其他溶剂蒸发 掉的过程。根据传热方式和传质推动力的不同，
其他领域的干燥应用
污泥的干燥
污泥在处理过程中需要经过干燥 处理，以降低水分含量，便于后 续的处理和利用。
废水的蒸发
废水在处理过程中需要通过蒸发 工艺，将水分从废水中分离出来 ，实现废水的净化。
05 干燥的优缺点分析
干燥的优点
高效节能
通过去除物料中的水分，提高 其含水率，使其达到所需的干 燥程度，从而减少能源消耗。
化工原理-第14章 固体干燥 知识点
如图 14-2 所示，湿空气经风机送入预热器，加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接接触，进行传 质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。
干燥若为连续过程，物料被连续的加入与排出，物料与气流接触可以是并流、逆流或其它方式。若为 间歇过程，湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出。
经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压低于固体表面 水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面，再汽化进入气相， 被空气带走。所以，干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向不同。
I = (cpg + cpv H )t + r0 H
式中 cpg ——干气比热容，空气为 1.01kJ/（kg•℃）；
cpv ——蒸汽比热容，水汽为 1.88 kJ/（kg•℃）；
r0 ——0℃时水的汽化热，取 2500 kJ/（kg•℃）；
对空气-水系统有
cpH = cpg + cpv H I = (1.01 + 1.88H )t + 2500H
方向 推动力
传热 从气相到固体
温度差
传质 从固体到气相
水汽分压差
（2）干燥过程进行的必要条件： ①湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压； ②干燥介质将汽化的水汽及时带走。
-1-
1
为确定干燥过程所需空气用量、热量消耗及干燥时间，而这些问题均与湿空气的性质有关。为此，以下介 绍湿空气的性质。
-2-
2
汽量，单位是 kg/kg 干气，即
式中 p 为总压。
H = M 水 • p水汽 = 0.622 p水汽
M 气 p − p水汽
p − p水汽
第十四章 固体干燥-第一节-概述
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2、湿度H：每千克干空气所带有的水汽量。
湿空气中蒸汽量 H = 湿空气中干空气量 = M H 2O ⋅ n w M g ⋅ ng
18 p w p = ⋅ = 0 .622 29 p g P− p
p H = 0.622 P− p
H也叫绝对湿度或湿含量 。
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3、相对湿度：指在一定温度及总压下， 湿空气的水汽分压p与饱和空气中水汽分压ps 之比的百分数。
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西北大学化工学院化工原理教学组
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第一节
概述
一、固体去湿方法和干燥过程 1、干燥的应用 在化工生产过程中，为使物料便于 加工、运输、储藏和使用等，需要从含 有水分的固体中除去水分。 把固体物料中多余的湿分去掉的操 作过程称作去湿或干燥。
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8、湿球温度tw:即大量空气与少量水长时 间接触后的水面温度。
tw = t − kH
α
rw ( H w − H ) 温度不太高、
对空气 − − 水系统，当被测气流的 rw =t− (H w − H ) 1 . 09
流速大于 5 m / s ， α / k H = 1 . 09 KJ / Kg ⋅ tw
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2、平衡蒸汽压曲线
p e=p
s
p
e
0
Xt
物料中只要有非结合水 存在，不论其数量多少，其 平衡蒸汽压不会变化.在干 燥过程中，首先除去的是非 结合水，其次除去的是结合 较弱的水。此时，蒸汽压逐 渐开始下降。 结论:测定平衡蒸汽压曲 线就可知道固体中有多少水 分属结合水，多少水分属非 结合水。
p ϕ = ⋅ 100 % ps
第十四章--固体干燥(化工原理)
tas
t
ras c pH
(H as
H)
tw
t
rw 1.09
(Hw
H)
t
ras c pH
(Has
H)
tas
14.2.2 湿空气状态的变化过程
补充说明：
1）对于一定t、H的空气tas为一定值，故tas是 空气的状态函数。
2）对于空气－水系统，对照tw的定义式 α/kH≈1.09≈cpH，而ras ≈rw，故tas =tw
（1）物料的去湿方法
①机械去湿
物料带水较多时，可先用离心过滤等机械分离方法
以除去大量的水。
②吸附去湿
用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2、硅胶
等）与湿物料并存，使物料中的水分相继经气相而转入
干燥剂内。
③供热干燥
向物料供热以汽化其中的水分。供热方式又有多种。
※去湿方法中较为常用的方法是供热干燥。
保持湿润，这支温度计为湿球温度计。
22
14.2.1 湿空气的状态参数
5）湿球温度tw
(t tw ) kH (Hw H )rw
空气传给水的显热 水汽化带走的潜热
湿球温度tw计算公式（推导过程见P221）:
式中：
tw
t
k H rw
(H w
H)
：空气至湿纱布的对流传热系数，W/m2 •℃；
=1，空气饱和，tw = t
②tw虽测的是湿纱布的温度，但它是由空气的H和 t 决定。即tw是空气的状态参数。
tw= f (H,t)，可由测定 tw后，由上式计算空气的H。
14.2.1 湿空气的状态参数
（2）与过程计算有关的参数 上述参数尚不足以满足干燥过程的计算
化工原理_42固体物料的干燥_干燥速率与干燥时间概要
G dX U Sd
干燥速率定义式
二、干燥速率曲线及干燥过程分析
2.干燥速率曲线
U 与Ｘ 的关系曲线 —干燥速率曲线。
干燥曲线
X f ( )
曲线 斜率
dX d
U
干燥速率曲线
U f (X )
恒速干燥阶段 预热阶段
UC
降 速 干 燥 阶 段
E
C
B A
D
临界干 燥速率
临界湿 含量
X*
连续逆流干燥器中 典型温度分布情况
第十一章 固体物料的干燥
11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.5 真空冷冻干燥(选读) 11.6 干燥器 11.6.1 干燥器的基本要求与分类
一、干燥器的基本要求
干燥器的基本要求
保证干燥产品的质量要求 含水量 形状 强度 干燥速率快 热效率高 操作控制方便、劳动条件好
U c (t t w ) rt
w
三、干燥时间的计算
化工原理_40固体物料的干燥过程概述
cm
cm cs 4.187 X
三、湿物料的焓 I
定义 符号
单位
以1 kg 绝干料为基准的湿物料的焓值
I
kJ/kg绝干料
设 绝干料的焓值为 I s
水的焓值为 Iw 则
XI w I Is
三、湿物料的焓 I
以0℃为基准 设 湿物料的温度为 湿物料的干基湿含量为 X
c g 1.01
故
I 2 I 0 1.01(t 2 t 0 ) (2490 1.88t 2 )( H 2 H 0 )
一、热量衡算基本方程
物料的焓值
湿物料的 平均比热 容 绝干料的 平均比热 容 水的比 热容
cm1 I1
cm 2 I2
I1 cm ( 2 1 ) I2
二、湿物料的比热容
定义
cm
将以 1kg 绝干料为基准的湿物料的温度升 高（或降低）1 ℃ 所吸收（或放出）的热 量
符号 单位 设
cm
kJ / (kg绝干料· ℃)
绝干料 比热容 水分的 比热容
湿物料的干基湿含量为 X
则
cm cs Xcw
二、湿物料的比热容
在常用温度范围内 cw =4.187 kJ / (kg水· ℃) 故有
w
注意
湿物料中水分质量 湿物料的总质量
kg / kg湿物料
工业上通常用湿基含水量表示湿含量。
一、湿物料的含水量
2.干基含水量 干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料 的质量比。
X
湿物料中水分质量 湿物料中绝干物料质量
kg / kg绝干料
两种含水量之间的关系
X w 1 X
w X 1 w
化工原理7固体干燥
化工原理7：固体干燥1. 简介固体干燥是化工过程中常用的一种技术，在许多行业中都有广泛的应用。
固体干燥的目的是去除固体材料中的水分或其他溶剂，以提高其保存性、稳定性和使用性能。
本文将介绍固体干燥的原理、常用的干燥方法以及干燥过程中需要注意的问题。
2. 固体干燥的原理固体干燥的原理是基于蒸发的原理，即将液体中的水分或溶剂蒸发掉，使固体材料中的水分含量降低。
固体干燥的过程中主要发生三个阶段的变化：加热阶段、干燥阶段和冷却阶段。
加热阶段：在这个阶段，固体材料被暴露在高温环境中，使其表面的水分开始蒸发。
同时，固体材料内部的水分也会通过温度梯度的传导逐渐向表面迁移。
干燥阶段：在加热阶段之后，固体材料的表面水分已经蒸发光了，此时需要继续加热，使固体内部的水分逐渐排出。
这个阶段需要维持一个适当的温度和湿度条件。
冷却阶段：在固体材料的内部水分排除后，需要将温度逐渐降低，使固体完全干燥。
冷却阶段也是干燥过程中的最后一个阶段。
3. 常用的固体干燥方法固体干燥有许多不同的方法，下面介绍几种常见的固体干燥方法：3.1 自然干燥自然干燥是最简单直接的干燥方法之一，它利用自然环境中的风力和阳光将固体材料中的水分蒸发掉。
自然干燥的优点是成本低廉，但缺点是速度较慢，无法控制干燥的速度和温度。
3.2 通风干燥通风干燥是通过将空气吹入干燥室，利用空气中的热量和携带的湿度将固体材料中的水分蒸发掉。
通风干燥的优点是干燥速度较快，可以通过控制风速和温度来控制干燥的速度和效果。
3.3 热空气干燥热空气干燥是将热空气通过固体材料中，以提高固体材料表面的温度，从而使水分蒸发。
热空气干燥的优点是速度快，可以精确控制干燥速度和温度，缺点是需要大量的能源。
3.4 微波干燥微波干燥是将微波辐射传递到固体材料中，利用微波辐射的加热效应使固体材料中的水分蒸发。
微波干燥的优点是速度快，能耗低，但需要对固体材料的形状和尺寸进行适当的调整。
4. 注意事项在进行固体干燥过程中，需要注意以下几点：•确定干燥的目标，即需要达到的水分含量或溶剂含量。
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第七章固体干燥第—节概述第二节湿空气的性质与湿度图第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算第四节物料的平衡含水量与干燥速率第五节干燥设备第—节概述固体物料去湿方法二、湿物料的干燥方法三、对流干燥过程的传热与传质、固体物料去湿方法去湿 湿分从物料中去除的过程。
去湿目的；1）工艺要求；2）贮存；3）运输。
X 物理去湿加热去湿（F 燥）去湿的方法 '机械去湿二、湿物料的干燥方法（1）热传导干燥法(2)对流传热干燥法(3)红外线辐射干燥法(4)微波加热干燥法(5)冷冻干燥法干燥过程的分类：按操作压力分］警瓷I真空干燥1•传热、传质同时, 但方向相反；2 •介质是热载体， 有是湿载体。
1•物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压; 三、对流干燥过程的传热与传质干燥过程进行必要条件:1 ■鼓风机；2■预热器； 5■螺旋加料器；6■旋风分离器;2•干燥介质要将汽化的水分及时带走。
第二节湿空气的性质与湿度图—、湿空气的性质湿空气的湿度图及其应用—、湿空气的性质（一）湿空气中湿含量的表示方法1.湿空气中水汽分囲Vp v =py2.相对湿度（P定义：一定T、P, Pv与同温度下Ps之比的百分数。
0 =生xlOO%Ps饱和空气，Py二Ps ， 0=1，不可作为干燥介质; 3.湿度（湿含量）H 定义：山£干空气所携带的水汽质量。
惑水汽 Kg 干空气不饱和空气, 內〈Ps ,卩〈1，可作为干燥介质。
l&02〃v28.95/1叫 PgP-PvH J8・02—0.622』28.95〃OP - Pv当P为一定值时，Pv琨时，H=化即：H s = fit, P)H = f(p v)H s = 0.622 PsP - PsH与卩的关系：H表示空气中水汽含量的绝对任，而卩反映湿空气水气含量的曲对大小，不饱和程度, 吸收水汽的能力，(P I〜能力f o（二）湿空气的比体积、比热容和焙1・湿空气的比体积如［nP 湿空气/kg 干气］O H =u g +u v Ho =22^X273^X10L33=0773X X X10L33 g29 273 P 273 P22-41 273 + f 101-33 . nxx T 101-33 u v = ---- x ----- x ----- = 1.244 -- x -----H = 0.622 (PPsP-(PPs・•・(p = f(H, t)定义：1kgv 18 273 P273 PT 101.33 j = (0.773+1.244H)——x―—H273 PP—定，U H=W' H)2.湿空气的比热容C H定义：在常压下，将lkg干空气和其所带有的Hkg水汽升高温度1K所需的热量。
[kj/kg干气・K]c H =Cg+c v H= 1.01 + 1.88H = f(H)3.湿空气的焙7 [kj/kg干气]定义：湿空气的焙为干空气的焙与水汽的焙之和。
I=I g+I v H=c g t + (r0+c v t)H= r0H + (Cg+c v H) Z = 2492H+ (1.01 + 1. H)t = 2492H+cI = t)(三)湿空气的温度1.干球温度f2・露点石定义：一定压力，不饱和空气等湿降温至饱和的温度。
H = 0.622 卩匚p~Ps t d=f(H)p s：為下的饱和蒸汽压。
3.湿球温度J湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。
湿球温度计工作原理Q = aA(t-t w ) N=k H A(H w -H) Q = aA(t-t w )= r w k H A(H w -H)k n r Uf气膜对流传热Q 糞鲁 a G 珥t=>讨论：1）以、A ；H XU 0-8,久与氐H 之比与物性有关。
a空气一水系统，u>5m/s ：厂"山％% 物系一定，切=/（爲H ）LVJ Il ：l对流传质N气体 t,H2）饱和空气：z w=r；3）不饱和空气：t^< t o测定〈的意义：1）测定H ；2）确定物料表面的温度。
4・绝热饱和温度-s定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。
绝热饱和器空气变化过程：1) n； 2)HT； 3) 7不变。
Q = c H(t-t as) = r as(H as-H)・・・ t as=f(t,H)心与心s的关系::大量空气与少量水接触，空气丫、H的不变;:大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。
:传热与传质速率均衡结果，属动平衡;:热量衡算与物料衡算导出，属静平衡。
・〈与-S数值上的差异取决于力与呦两者之间的差别。
空气一水体系：空气—甲苯体系:H•当空气为不饱和状态：t > (t as) > t d;当空气为饱和状态：t = r w (r as) = t d o二、湿空气的焙湿图及其应用C H、V H y IH、、t（is、t<l、0、Pw = f （f，H）F=c—0+2=2—1+2=3P—定，F=2,两个独立参数确定空气状态、性质。
（一）图的构造等湿线等温线 等恰线P ・H 线S X 3越蜓<4359等相对湿度线 030.0S Q.06 0.07 0・08 0.09 0.J0.11 v.12 "・I3 O.M 0.15 0.16 0.17 0.19 0.19 0.2<i"•kg 水也毛干弋（二）焙湿图的应用1・已知两个独立参数，定空气状态点，求其它性能参数例1已知（=30 °C,严60%求：H、心、t a s0 = 100%例3已知（、I dt 'f d *o'定状态。
第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算一、干燥过程的物料衡算二、干燥过程的热量衡算-X干燥过程的物料衡算（一）物料中含水量表示方法（1）湿基含水量w [kgzlc/kg湿物料]呼=湿物料中水分质量湿物料总质量（2）干基含水量X [kgzIC/kgT物料]丫二湿物料中水分质量~湿物料中绝干物料质量(3)两者关系1+X(二)物料衡算(1)干燥产品流量厶2湿废气体<> G,H2 LIL =1/1-^) =厶(1 _四2 ) (2)水分蒸发量W干燥产品L Q 9湿物料W =G(H2-H1) = L(X l-X2) 热空气G，H\(3)空气消耗量二、干燥过程的热量衡算Q LQ P干燥产品热气体湿废气体 °，丹2, ‘2,‘2湿气体 G 耳），，0, ‘0Q D湿物料(1)预热器的加热量Q?=G(I1-I Q) = Gc pH1(t l-t0)kW (2)干燥器的热量衡算GI] + L c I r+Q D= GI2 + L C I2+Q L第四节物料的平衡含水量一、物料的干燥实验曲线二、物料的平衡含水量曲线三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间（一）干燥实验曲线恒定干燥条件： 空气温度 •湿度 •流速•与物料接触状况干燥曲线：X 、6与1■的关系曲线。
物料的干燥实验曲线干燥时间T（二）干燥过程的三阶段1 •预热段：物料升温，X变化不大。
2•恒速干燥段：物料温度恒定在心，Xr呈直线,气体传给物料热量全部用于湿份汽化。
3•降速干燥段：物料开始升温，X变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当x=r, &=t o物料的平衡含水量曲线0.32（一）物料的平衡含水量曲线平衡水分（F）:不能用干燥方法除去的水分。
；r=/（物料种类、空气性质）〔吸水性弱的X*小0.250.24OJCCJ6Q.120.080.04---------&0 7V 140 90 JOO空气相对湿度%（t为定值）固体物料（丝）中所含水分的性质（二）自由水分与平衡水分自由水分（X—X*）:可用干燥方法除去的水分。
（三）结合水分与非结合水分结合水分——水与物料有结合力，p w< p s o非结合水分--- 水与物料无结合力，P w= P s o注意:1）结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而 与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。
2）平衡水分是指定空气，干燥的极限， 与空气和物料有关，且一定是结合水分。
三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间（一）间歇干燥过程和干燥速率曲线 干燥速率:单位时3) X 低,可能吸湿。
间、单位干燥面积汽化水分量。
dW u = ---- [kg 水/m2・s]dW = -L c dXL c dX u = --- --AdzABC段：恒速干燥阶段AB段：预热段BC段：恒速段CDE段：降速干燥阶段c点：临界点Xc：临界含水量E点：平衡点r：平衡水分2.01—2•飞)・¥呈、4降速阶段恒速阶段<1C叫/1 * / || // I 1 7|| 1( /II 匚 X.,IIx ^ 0.10.2 0.3 X’ Xix/kg 水・(kg 绝干物料门恒定干燥条件下的干燥速率曲线（二）恒速干燥阶段物料表面湿润，X>Xc,汽化的是非结合水分。
Gw =k n(H vv-H) = U c血水/m2・s»Q = ( w)= w丿U c=-(t-t w) = k il(H vv-H)r w恒速干燥速率恒速干燥特点：l・u=uc=const・2.物料表面温度为3・去除的水分为非结合水分；4・々—干燥条件决定，表面汽化控制;1 •影响〃的主要因素：t、H、u.空气与物料接触方式2.恒速阶段干燥时间计算代T）f L c dXdr -——-——AU cc的来源：（1）由干燥速率曲线查得a◎用N A=—（t-t^） = k n（H^-H）计算（三）降速阶段1.影响眈的因素：实际汽化表面减小（CD,除非结合、结合水分）汽化面向内部移动（DE,除结合水分）〃因素：与物料性质、结构、尺寸、形状、堆积厚度有关，与空气状态关系不大。
2.降速阶段干燥时间计算Jo J x c Ail方法：(1)图解积分法(2)解析计算法M c =忍(Xc - Xu=k x(X-X^)*)XcT2 = (J ~dXJX2 Au当x*=o时，总干燥时间:^u c X?T = T1+T2（四）临界含水量Xc1.吸水性强的物料Xc＞吸水性弱的物料Xc 2•物料层越薄、分散越细，Xc越低3•干燥条件：朴，皿,血。
％越大，忑越高。
第五节干燥设备一、常用对流干燥器简介干燥的选用一、常用对流干燥器简介（一）厢式干燥器（盘架式干燥器）小型的称为烘箱，大型的称为烘房,可同时处理多种物料。
通常在常压或真空下间歇操作。
厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上（板状物料），空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空,部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。